CN101621091A - Cvd金刚石薄膜探测器制作工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种CVD金刚石薄膜探测器制作工艺，包括以下步骤：1.配件制备及清洗：加工金属壳体、螺丝、聚四氟乙烯配件，取CVD金刚石薄膜，分别清洗，干燥备用；2.预镀金层：对CVD金刚石薄膜两面与金属壳体接触的部位分别蒸镀金层；3.探测器封装：将金刚石薄膜、聚四氟乙烯配件、金属壳体组装成探测器，在CVD金刚石薄膜与金属壳体、聚四氟乙烯配件的空隙填充绝缘胶，用螺丝固定；4.探测器两面整体镀金：将封装好的探测器两面整体蒸镀金层并干燥。本发明解决了现有的制作工艺导致的探测器电极接触不牢固、性能不稳定、漏电流性能差的技术问题。本发明具有可保证金刚石薄膜与金属电极之间良好接触、能获得低漏电流等的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种CVD金刚石薄膜探测器制作工艺。
背景技术
现有CVD(化学气相沉积)金刚石薄膜探测器采用先在CVD金刚石薄膜表面镀金再进行探测器封装的工艺。该工艺导致以下技术问题：
1、CVD金刚石薄膜上的镀金层与金属壳体之间仅以压力接触，所制作的探测器电极接触不牢固。
2、探测器性能不稳定，不利于探测器的使用。
3、探测器漏电流性能差，不利于使用时获得较高的信噪比。
4、CVD金刚石薄膜与金属电极之间的欧姆接触不好，进而影响探测器在辐射探测领域中的应用。
发明内容
本发明目的是提供一种CVD金刚石薄膜探测器制作工艺，其解决了现有CVD金刚石薄膜探测器制作工艺导致的探测器电极接触不牢固、性能不稳定、漏电流性能差、欧姆接触性能不好的技术问题。
本发明的技术解决方案为：
一种CVD金刚石薄膜探测器制作工艺，包括以下步骤：
1]配件制备及清洗：
加工金属壳体、螺丝、聚四氟乙烯配件，取CVD金刚石薄膜，分别清洗，干燥备用；清洗金属壳体和螺丝之前先电镀金层；
2]预镀金层：
对CVD金刚石薄膜两面与金属壳体接触的部位分别蒸镀金层；
3]探测器封装：
将CVD金刚石薄膜、聚四氟乙烯配件、金属壳体组装成探测器，在CVD金刚石薄膜与金属壳体、聚四氟乙烯配件的空隙填充绝缘胶，用螺丝固定；
4]探测器两面整体镀金：
将封装好的CVD金刚石薄膜探测器两面整体蒸镀金层并干燥。
它还包括探测器电接触老化步骤：
整体蒸镀金层并干燥后的CVD金刚石薄膜探测器在100～1000V偏压范围内，每隔50～100V，加电压保持1～2小时。
以上所述对CVD金刚石薄膜两面上可与金属壳体接触部位分别蒸镀金层的具体步骤如下：
将CVD金刚石薄膜置于真空度为0.5～1×10-3Pa、衬底温度为160～240℃的真空蒸镀装置内，对清洗干净的CVD金刚石薄膜两面上可与金属壳体接触的环形部位分别蒸镀金层，金层厚度为100～200nm。
以上所述将封装好的探测器两面整体蒸镀金层的具体步骤如下：
将封装好的探测器再次置于真空度为0.5～1×10-3Pa，温度为160～240℃的真空蒸镀装置内，对探测器两面整体蒸镀金层，金层厚度10～50nm。
本发明的技术效果为：
1、可保证CVD金刚石薄膜与金属电极之间良好接触。
在探测器封装时，在金属壳体、聚四氟乙烯配件与CVD金刚石薄膜接触的空隙填充绝缘胶，使得CVD金刚石薄膜与金属电极接触更牢固。增加预蒸镀金层的步骤，一方面使得金属壳体与CVD金刚石薄膜之间的压力接触面上有导电的金层，另一方面使得再次蒸镀金时接触面附近金层与金层之间具有更大的附着力，利于CVD金刚石薄膜材料与金属电极之间的良好接触。在对探测器两面进行整体镀金时，壳体部位是将金层蒸镀在壳体电镀好的金层上，金与金之间的附着力较大，对形成金属电极与CVD金刚石薄膜之间的欧姆接触是有利的。
2、能获得低漏电流。
对金属壳体、聚四氟乙烯配件的仔细清洗及对CVD金刚石薄膜的干净清洗可防止过多污染物的引入，决定了在CVD金刚石薄膜与金属电极之间能否获得好的欧姆接触、探测器能否获得低漏电流、探测器性能是否稳定。
3、不影响探测器的正常使用。
本发明对探测器两面整体蒸镀金层时合适控制金层厚度，不会由于金层太厚使得探测器在对低能量射线及带电粒子进行探测时表面电极引起较强损失，也不会使金层太薄以致影响金属与CVD金刚石薄膜之间的良好接触，从而使得探测器的正常使用不受影响。
4、CVD金刚石薄膜材料与金属电极之间可获得较好的欧姆接触。
探测器封装过程中的填绝缘胶、预蒸镀金层及探测器的电接触老化步骤均有利于探测器在CVD金刚石薄膜与金属电极之间获得好的欧姆接触。
5、金属壳体电镀金层可以使得制成的探测器电极防氧化能力更强、更美观。
6、本发明只在CVD金刚石薄膜两面上可与金属壳体接触的环形部位蒸镀金，且金层的厚度比整体蒸镀金层厚2～20倍，降低成本同时保证了良好的接触。
7、性能稳定。
本发明将探测器置于红外烘箱内干燥，之后自然冷却，使得探测器内的绝缘胶完全干透，保证了探测器性能稳定、持久耐用、漏电流小。
附图说明
图1是本发明CVD金刚石薄膜探测器的剖面视图；
图2是图1的俯视图；
图3是图1中A部分的放大图；
图4是未采用预蒸镀金层的探测器的暗电流-电压曲线示意图；
图5是采用本发明制作的探测器的暗电流-电压曲线示意图；
图中标号如下：1-CVD金刚石薄膜，2-金属壳体，3-聚四氟乙烯压圈、4-聚四氟乙烯底座，5-聚四氟乙烯环形套，6-螺丝，7-绝缘胶，8-镀金层。
具体实施方式
1]、金属壳体2、聚四氟乙烯配件、螺丝6的制备及清洗：
加工铜质金属壳体2、螺丝6、聚四氟乙烯配件(包括聚四氟乙烯压圈、3聚四氟乙烯底座4和聚四氟乙烯环形套5)等，将加工好的金属壳体2及螺丝6进行化学抛光、电镀金层；将完成电镀的金属壳体2与螺丝6置于沸腾的去离子水中加热3～5分钟，多次重复本步骤；将清洗好的金属壳体2与螺丝6置于红外烘箱内干燥2～3小时备用；聚四氟乙烯配件依次用丙酮和乙醇超声清洗，用去离子水多次冲洗，置于红外烘箱内干燥2～3小时备用。
2]、CVD金刚石薄膜清洗(丙酮清洗，乙醇清洗，去离子水清洗，脱水)：
取CVD金刚石薄膜1，依次用丙酮和乙醇超声清洗，用去离子水多次冲洗并超声清洗。将清洗干净的CVD金刚石薄膜置于红外烘箱内干燥2～3小时备用。
CVD金刚石薄膜能否清洗干净决定了在CVD金刚石薄膜与金属电极之间能否获得好的欧姆接触、探测器能否获得低漏电流、探测器性能是否稳定。
3]、预蒸镀金层：
将清洗干净的CVD金刚石薄膜置1于真空蒸镀装置内，系统内真空度约0.5～1×10-3Pa、温度约160～240℃，使用掩膜对清洗干净的CVD金刚石薄膜两面上可与金属壳体接触的部位附近分别蒸镀金层，金层厚度约100～200nm，蒸镀时应保证CVD金刚石薄膜1材料边缘免于镀金，以免导致制成的探测器可能发生两级之间放电、漏电流偏大等现象。
此步骤对保证CVD金刚石薄膜1与金属电极之间的良好接触有很大贡献。一方面，使得金属壳体与材料之间的压力接触面上有金层，另一方面使得再次蒸镀金时接触面附近金层与金层之间具有更大的附着力。
4]、探测器封装：
将预蒸镀过金层的CVD金刚石薄膜、清洗干净的聚四氟乙烯配件、电镀金层并清洗干净的金属壳体2和螺丝6按图1和图2的结构示意图封装探测器。首先将金属壳体与聚四氟乙烯底座配合起来，在金属壳体2与聚四氟乙烯底座4与CVD金刚石薄膜1即将形成的缝隙处填充绝缘胶7(如绝缘硅胶)，将CVD金刚石薄膜小心地放在填好胶的配合体(金属壳体与聚四氟乙烯底座组成)上。然后再次将与CVD金刚石薄膜1另一面接触的金属壳体2与聚四氟乙烯压圈3配合，在接触缝隙处填充绝缘胶7后将其慢慢放置在CVD金刚石薄膜1的另一面上。用螺丝6固定探测器。最后在探测器侧面套上聚四氟乙烯环形套5，防止在使用时两极间短路。
5]、探测器两面整体镀金：
将封装好的探测器再次置于真空蒸镀装置内，装置内的真空度约0.5～1×10-3Pa、温度约160～240℃，对探测器两面整体蒸镀金层8，金层厚度10～50nm。此步骤蒸镀金层8不宜过厚或过薄。金层太厚则探测器表面电极在对低能量射线及带电粒子进行探测时会损失较强：金层太薄则金属与CVD金刚石薄膜之间的良好接触不能保证，探测器的正常使用会受影响，具体尺寸应该参考CVD金刚石薄膜表面抛光情况。
6]、干燥：
将探测器置于红外烘箱内干燥48～72小时，烘箱温度200～300℃。之后将探测器自然冷却，使得探测器内的绝缘胶完全干透。
该步骤是保证探测器性能稳定、持久耐用、漏电流小所必须的。
7]、探测器电接触老化(又称电极老化)：
探测器在一定偏压范围内(100～1000V)，每隔50～100V，在每个不同偏压下保持加电压1～2小时。
该步骤对形成探测器金属与CVD金刚石薄膜之间的欧姆接触有很大贡献，通过电极老化可以大大提升探测器的暗电流-电压线性范围。
参见图4和图5，采用本发明制作的CVD金刚石薄膜探测器的暗电流比未采用预蒸镀金层8的CVD金刚石薄膜探测器暗电流减小很多。暗电流小，则探测器本身引起的本底噪声小，利于探测器使用。另外，采用本发明制作的探测器的暗电流-电压曲线线性较好。暗电流随探测器所加偏压线性变化，这标志着在探测器制作时在金属(电极层，eg.金)与半导体(金刚石)之间获得了较好的欧姆接触。具有良好的欧姆接触，利于探测器在辐射探测中的应用。
Claims (5)
1.一种CVD金刚石薄膜探测器制作工艺，其特征在于：包括以下步骤：
1]配件制备及清洗
加工金属壳体、螺丝、聚四氟乙烯配件，取CVD金刚石薄膜，分别清洗，干燥备用；
2]预镀金层：
对CVD金刚石薄膜两面与金属壳体接触的部位分别蒸镀金层；
3]探测器封装：
将CVD金刚石薄膜、聚四氟乙烯配件、金属壳体组装成探测器，在CVD金刚石薄膜与金属壳体、聚四氟乙烯配件的空隙填充绝缘胶，用螺丝固定；
4]探测器两面整体镀金：
将封装好的CVD金刚石薄膜探测器两面整体蒸镀金层并干燥。
2.根据权利要求1所述的CVD金刚石薄膜探测器制作工艺，其特征在于：其还包括探测器电接触老化步骤：
整体蒸镀金层并干燥后的CVD金刚石薄膜探测器在100～1000V偏压范围内，每隔50～100V，加电压保持1～2小时。
3.根据权利要求1或2所述的CVD金刚石薄膜探测器制作工艺，其特征在于：所述配件制备及清洗还包括以下步骤：
清洗金属壳体和螺丝之前先电镀金层。
4.根据权利要求3所述的CVD金刚石薄膜探测器制作工艺，其特征在于：所述对CVD金刚石薄膜两面上可与金属壳体接触部位分别蒸镀金层的具体步骤如下：
将CVD金刚石薄膜置于真空度为0.5～1×10-3Pa、衬底温度为160～240℃的真空蒸镀装置内，对清洗干净的CVD金刚石薄膜两面上可与金属壳体接触的环形部位分别蒸镀金层，金层厚度为100～200nm。
5.根据权利要求3所述的CVD金刚石薄膜探测器制作工艺，其特征在于：
所述将封装好的探测器两面整体蒸镀金层的具体步骤如下：
将封装好的探测器再次置于真空度为0.5～1×10-3Pa，温度为160～240℃的真空蒸镀装置内，对探测器两面整体蒸镀金层，金层厚度10～50nm。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110622 |